基于Virtex-6 FPGA的PCIe多路实时传输系统设计与性能优化

本文主要探讨了基于PCIe总线的多路实时传输系统的设计，它旨在应对多路图像数据传输及处理所需的高带宽需求。系统的核心是使用Virtex-6 FPGA，这种可编程逻辑器件因其灵活性和可配置性而被选中。设计的关键组成部分包括PCIe Core（EP）、DDR3 Memory Interface Generator (MIG) 模块、PCIe Bus Master DMA (BMD) 模块以及DDR3读写控制模块。 系统的工作原理如下：首先，相机采集的图像数据经过预处理后存储在DDR3中，利用PCIe的高带宽特性进行快速传输到PC。相机接口模块负责前端的数据处理，MIG模块负责将数据存储在DDR3中。BMD模块作为数据传输的驱动，发送Memory Space Invalidate (MSI) 报文给PC，以便配置BMD寄存器，发起数据读写请求。图像数据在PC端进行特征提取后，再通过BMD模块将处理过的数据组成CPLD数据包发送回PCIe Core。接收端的BMD模块将有效数据暂存于接收缓存，最终由DDR3读写控制模块读取并保存，供DVI接口模块进一步处理或输出显示。 在设计上，FIFO不仅作为缓存来解决位宽差异和跨时钟域问题，还确保了数据传输的连续性和稳定性。此外，DMA FIFO接口模块也起到关键作用，它负责高效地进行数据传输，减少CPU的干预，从而提高整个系统的实时性能。 实验结果显示，这个基于PCIe的多路实时传输系统能够实现显著的传输速率，单工模式下写入速度达到1632 MB/s，读取速度1557 MB/s，全双工模式下的写入和读取速度分别为1478 MB/s和1439 MB/s。这些速率表明系统能够满足高分辨率、高帧率图像采集后对高速传输的需求，且性能稳定可靠。 总结来说，本文详细阐述了一个使用Virtex-6 FPGA设计的PCIe总线多路实时传输系统，其高效的数据传输能力、多设备访问控制以及全双工传输优化，为实际应用中的图像数据处理提供了强大的支持，证明了PCIe总线在处理高带宽场景中的优越性能。